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央财智库 高端制造行业深度研究报告:我国高端制造国产替代突围

发布时间:2022-09-11 14:25:25来源:火狐下载 作者:火狐体育苹果app


  原标题:央财智库 高端制造行业深度研究报告:我国高端制造国产替代突围进展如何

  2018 年,中美贸易摩擦发生,美国进一步对华开启科技战,中兴通讯、中芯国际、华为等多家国内科技公司受到美 国制裁,我国对于科技领域“安全可控”、“自主可控”重视程度不断提升。2020 年,新冠疫情爆发,阻断了全球供应链,金属矿产、纺织服装、半导体等多个领域因为某个环节的供应问题, 造成整个产业供应链的紧缺,这使得各国开始对全球产业链分工过于细化、经济全球化程度过高产生一定的担忧。2022 年,俄乌战争开始,由于俄乌在能源、部分金属矿产(如铝、镍等)以及农产品等领域资源丰富,随着俄罗斯 被北约集体制裁,相关产品难以出口,再次造成全球供应链风险,能源及原材料价格大幅上涨。国内对供应链安全的 强调也从科技转向了粮食、能源等国民经济的各个领域。

  2021 年 11 月 18 日,中央政治局会议审议了《国家安全战略》等重要文件,强调“要强化科技自立自强作为国 家安全和发展的战略支撑作用”,“必须牢固树立总体国家安全观”,“确保粮食安全、能源矿产安全、重要基础设施安 全,加强海外利益安全保护”,“加快提升生物安全、网络安全、数据安全、人工智能安全等领域的治理能力”。我们认为,在百年未有之大变局、国际关系愈发复杂的今天,供应链安全将会成为未来很长一段时间我国关注的重要 问题,不少投资机会将由此诞生。

  此前,我们已经讨论了上游粮食、能源及原材料的供应链安全问题,本文我们重点讨论中下游的中间品、制成品的供 应链安全。

  中下游供应链安全更多的涉及国产替代。通过梳理我国中下游中间品与制成品进口依赖情况,我们发现,我国对外依 赖度较高的商品多数是受到技术限制,国内缺乏生产能力。以美国为首的西方国家通过各类型制裁、限制出口与长臂 管辖,对我国高端制造业进行的全方位的封锁,最典型的事件莫过于美国通过制裁华为,使得华为无法生产 5G 手机, 从而使得我国智能手机制造业始终依赖美国企业的芯片。在过去的报告中,我们曾对“卡脖子”“国产替代”重点领 域做过详细梳理,本文我们从供应链的角度出发,详细剖析高端制造各个细分领域被“卡脖子”的重点环节在哪里, 我国企业目前国产替代的进程如何。

  我国芯片对外依赖严重。2021 年,我国芯片进口额为 4337 亿美元,进口贸易逆差达到 2784 亿美元,均创下历史新 高。除此之外,电容器、液晶显示器、偏光片、盖板玻璃、传感器、光学镜头等贸易逆差也较高,其中电容器贸易逆 差额 2021 年超过 50 亿美元。机械设备领域,我国半导体设备严重依赖进口。2021 年,我国半导体设备贸易逆差达到 244 亿美元,远远领先其他 机械设备。除了半导体设备以外,在光学仪器、分析仪器、工业机器人、金属加工中心与高功率柴油机上存在较大的 贸易逆差。其中光学仪器与分析仪器逆差分别为 82、66 亿美元。而金属加工中心、高功率柴油机等贸易逆差相对较 低,也在 20 亿美元左右。军工材料上,我国在民用飞机、航空发动机、燃气轮机上对外依赖较重,贸易逆差较高。其中民用飞机领域贸易逆差 达到 145 亿美元,对外依赖尤其严重。

  在中下游领域,我国对于五眼联盟进口依赖的产品种类较少,主要体现在军工产品上:我国主要在离心机、航空发动机、实验试剂、飞机直升机配件等产品上进口较多。其中航空发动机的进口占比达到 67.08%,体现出我国在航空发动机领域对于五眼联盟的较大依赖。

  我国在中下游产品上对欧盟的进口依赖较为严重,主要体现在部分机械设备、电气设备、军工产品、医药消费品以及 产品零部件上。

  具体来看:机械设备领域,我国半导体设备、电力控制设备、分析仪器、电压器、变感器、液体泵、离心机、空气泵等进口 额较高,其中半导体设备进口额达到 51.3 亿美元;洗碟机、橡胶处理装置、液体泵、电力控制设备的依赖程度 较高,其中洗碟机的进口占比达到 57%。军工材料领域,我国在民用飞机上对欧盟依赖极其严重,进口额与进口占比呈现“双高”局面,欧盟与五眼联盟 几乎垄断了我国民用飞机的进口市场。产品零部件领域,我国在机动车零件与车辆照明装置上对欧盟依赖较为严重,机动车零件进口额超过 150 亿美元, 两个商品分别占我国商品总金额的 51.8%与 62.9%。此外,在发动机零件、飞机直升机配件、滑轮、阀门上的进 口占比也均超过 40%。

  我国中下游产品上对日韩存在较大的进口依赖,主要体现在芯片与电子元器件、机械设备与零件、化妆品、护肤品领 域,具体来看:在芯片与电子元器件领域,我国对日韩的芯片进口额达到 1104 亿美元,占芯片总进口额的四分之一。除此之外, 我国光导纤维、蓄电池、电容器等产品上对日韩进口占比较高。机械设备领域,我国在半导体设备上对日韩依赖较大,进口占比达到 45%。此外柴油发动机、分析仪器、工业 机器人对日韩的进口占比也超过了 50%。产品零部件领域,在滚动轴承、传动轴、齿轮、发动机零件等精密机械部件上,我国对日韩的依赖较大。

  金属加工中心产业概况 金属加工中心即数控机床,是一种装有程序控制系统的自动化机床。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多 品种的零件加工问题,是一种柔性的、高效能的自动化机床,代表了现代机床控制技术的发展方向,是一种典型的机 电一体化产品。数控机床上游供应商主要是传动系统、数控系统、数控机床主体及零部件等领域;中游则是各类机床, 主要包括金属切削机床、金属成形机床、特种加工机床;数控机床下游应用领域广泛,包括航空航天、兵船核电、石 油化工、汽车、3C 等领域。

  全球数控机床产业规模呈逐年增长态势,2019 年全球数控机床产业规模为 1492 亿美元,同比增长 4%。中商产业研 究院预测,2021 年全球数控机床产业规模将达 1648 亿美元。数控机床主要分为数控金属切割机床、数控金属成形 机床和数控特种加工机床。2019 年全球数控金属切削机床规模为 783.3 亿美元,占总规模比重为 52%;数控金属成 形机床规模为 420.7 亿美元,占总规模比重为 28%;数控特种加工机床规模为 265.6 亿美元,占总规模比重为 18%。

  汽车与军工是机床的主要下游。机床是制造业的基础装备,广泛应用于各种类型的制造业,如汽车、机械、电子、军 工等。我国数控机床的下游应用领域中,2018 年汽车行业比重最大,占比约为 40%,航空航天位居第二,占比约 17%, 二者约占我国下业总消费的 50%左右,是最主要的下游应用领域。全球竞争格局来看,日本、德国、美国是全球高端机床的主要生产国,根据科德数控的招股说明书,德国重视数控机 床和配套件的高、精、尖和实用性,各种功能部件研发生产高度专业化,在质量、性能上位居世界前列;日本重点发 展数控系统,机床企业注重向上游材料、部件布局,一体化开发核心产品;美国在数控机床设计、制造和基础科研方 面具有较强的竞争力。2019 年,日本山崎马扎克、德国通快以及德日合资的德马吉森精机位于全球机床生产商前三 名。

  根据中商产业研究院预测,2021 年中国数控机床产业规模将达 3576 亿元。目前,国内机床的中低端市场基本被国内 企业占据,但是在高端市场的国产化率仍然较低。近年来,我国高档数控机床市场销售数量持续攀升,市场需求稳步 扩大。然而我国高档数控机床国产化率截至 2018 年仅为 6%,相较 2014 年了增长 4%,供给严重失衡,亟需加快推 动国产企业转型升级,提质增效。

  我国高端数控机床的上游各功能部件尚未形成较好的产业配套,多数功能部件被日本、德国、美国的公司垄断,国内 企业主要依赖外购。数控机床的核心部件包括数控系统、传动系统、功能部件、驱动系统等,其中,数控系统占数控 机床成本的 25%-30%,主要被西门子、发那科垄断;传动系统包括主轴、导轨、丝杠、轴承等,主要被德国、瑞士、 日本、中国台湾的一些公司占据;功能部件包括转台、刀具、齿轮箱等,全球市场依旧由欧美日等发达国家企业占据 仍然来自欧日美等发达国家。以配套或者外购以上核心部件实现车床精度和可靠性在行业竞争中无法获得显著优势,一方面技术受限于核心部件生产方,另一方面产品成本难于控制。

  以数控系统为例,系统是数控机床的大脑,约占高端数控机床成本的 20%-40%。我国数控系统虽然取得了较大的发 展,但高档数控机床配套的数控系统 90%以上都是国外产品,但国外高档数控系统的功能通常无法完全开放甚至是禁 止对中国出口,成为制约我国高档数控机床发展的瓶颈。国内数控系统的中高端市场被德国西门子、日本发那科、日 本三菱、德国海德汉瓜分。低端市场是国内数控系统的天下,数十家系统厂挤在这个狭小的市场区域内激烈搏杀。

  我国主要的高端数控机床生产商包括科德数控、国盛智科、浙海德曼、日发精机、海天精工等,其中:科德数控:拥有从多种类型五轴联动高端数控机床到高档数控系统、关键功能部件等机床关键部件的核心技术和 自主知识产权,生产制造工艺先进,供应链成熟稳定,产品性价比高,已在航天、航空、能源、汽车、模具、工 具、机床、机械等领域实现广泛应用,部分实现进口替代。

  国盛智科:自主研发、生产的五轴联动数控机床——GMF4027AC(AX)五轴联动龙门加工中心,集中运用了误 差控制、可靠性、复合成套加工、高性能装备部件开发、二次开发与优化等领域的关键核心技术,可实现对精密 模具复杂空间曲面的一次性成形高精度加工,具有加工精度高、持续稳定性好、加工效率高等优点,与国外先进 产品相比,在性能和质量上仍处于跟跑状态,但能够在满足目标客户基本需求的情况下,充分采取价格优势、快 速响应、交期保证等竞争策略进行市场竞争。纽威数控:已推出大型加工中心、立式数控机床、卧式数控机床等系列 200 多种型号的机床产品,覆盖从应用于 简单机械零件加工的普通数控机床,到适应复杂精密曲面加工的大型五轴联动数控机床。经自主研发,公司已开 发出了大扭矩电主轴、高精度数控转台等部分机床核心功能部件。

  工业机器人产业概况。工业机器人上游包括三大核心零部件控制系统、伺服系统、减速器;中游为机器人本体;下游是集成系统,包括单项 系统集成商、综合系统集成商,广泛应用于汽车、3C、食品、饮料等行业。按照机械机构,工业机器人可分为多关 节机器人、SCARA 机器人、直角坐标机器人、协作机器人、并联机器人、圆柱坐标机器人,其中多关节机器人和 SCARA 精度要求高,且市场规模最大,二者合占工业机器人 80%以上市场规模。

  核心零部件成本占到工业机器人整机成本的 70%,核心零部件供应商在整个产业链中拥有最强的议价能力。工业机 器人中技术难度最高的三大核心零部件分别是减速器、伺服系统和控制器,三者分别占工业机器人成本构成的 35%、 25%、10%。

  德国、日本牢牢占据着工业机器人的主要市场份额。日本、德国的工业机器人水平世界领先,这主要因为他们具备先 发优势和技术沉淀。日本在工业机器人关键零部件(减速机、伺服电机等)的研发方面具备较强的技术壁垒。德国工业 机器人在原材料、本体零部件和系统集成方面有一定优势。从企业来看,ABB、发那科(FANUC)、库卡(KUKA)和安 川电机(YASKAWA)这四家企业是工业机器人的主要供货商,占据世界约 50%的市场份额。

  2020年我国工业机器人市场规模为 422.5 亿元,同比增长 18.8%,2017-2020 年复合增速为 6.2%。预计到 2023 年 中国工业机器人行业规模将达接近 589 亿元,目前我国工业机器人国产化率约为 31%。

  我国产品以中低端为主。工业机器人产业中多关节机器人和 SCARA 精度要求高,且市场规模最大,二者合占工业机 器人 80%以上市场规模。2021 年外资品牌市场在这两种机型的占有率分别是 80%、82%。因为多关节机器人是下游 汽车制造的关键机型,SCARA 是电子设备制造的关键机型,因此按照下业细分,外资品牌机器人主要集中在电 子、汽车等机器人高端行业市场应用,尤其是应用于汽车制造、焊接等高端行业领域的六轴或以上高端工业机器人市 场,主要被日本和欧美企业占据,国产六轴工业机器人占全国工业机器人新装机量不足 10%。而本土工业机器人企业 的优势领域在于金属加工、食品饮料、塑料及化学制品等行业。

  我国工业机器人市场仍被四大外资品牌占据主要市场份额。2020 年我国工业机器人市场中,发那科、爱普生、ABB、 安川的市场占比分别为 13.9%、9.7%、8.3%、7.7%。国内主要的机器人企业包括埃斯顿、埃夫特、机器人、拓斯达 等,其中埃斯顿是工业机器人出货量最高的国产机器人企业,覆盖了从自动化核心部件及运动控制系统、工业机器人 到机器人集成应用的智能制造系统的全产业链。2021 年国产工业机器人品牌在国内的出货量市占率达 32.8%,同比 增长 4.2%。主要原因包括,一方面,外资企业在生产、交货、售后服务等多方面均受到疫情影响,综合竞争力降低, 面对疫情带来的机遇,国产机器人厂商凭借强大的技术与服务能力,迅速抢占外资原有市场,国产化进程得到进一步 加速,核心工控产品份额预计持续加速提升;另一方面,国产头部机器人厂商发展势头良好。

  零部件方面,目前我国 85%的减速器市场、90%的伺服电机市场、超过 80%的控制系统市场被海外品牌占据。应用 于工业机器人最核心的零部件为减速器,主要分为谐波减速器和 RV 减速器。谐波减速器市场集中度非常高,市场基 本处于日本企业垄断状态,其中哈默纳科和日本产电新宝在 2021 年在中国工业机器人市场谐波减速机配置中份额超 过 70%。虽然短期内外资主导地位还将持续,但中国本土优秀品牌也在不断崛起,绿的谐波在技术上不断取得突破,已经获得较高的市场份额。

  RV 减速器市场目前仍然被外资品牌的垄断,仅纳博特斯克一家就占据中国市场 54.3%的 市场份额。国内上市公司中,双环传动和中大力德国产化进程较快,其中双环传动新研制的大负载及高功重比的系列 化减速机产品已成功批量应用于国内主流机器人产品中,已基本实现机器人减速器产品全覆盖,但是目 2021 年公司 减速器业务收入仅 2.67 亿,体量尚小。

  工业机器人伺服系统市场由外资主导。外资厂商占据中高端市场份额,国产份额虽逐年提升但依然偏小,绝大部分市 场份额仍由外资占据。目前,工业机器人伺服系统主要分日系、欧美和国产三大阵营。日系代表企业主要有松下、安 川、三菱、三洋、富士等;欧美代表企业主要有西门子、施耐德、博世力士乐、ABB 等;国产代表企业主要有台达、 汇川、埃斯顿等。

  分析仪器产业概况。分析仪器是用于测定物质的组成、结构等特性的仪器,是科学仪器重要组成部分,具备复杂而精密的技术体系。分析 仪器包括色谱、质谱、原子光谱、分子光谱、材料表征、表面科学、生命科学仪器、实验室自动化及软件、通用分析 仪和实验室设备等。分析仪器行业产业链上游主要由进样系统、离子源、分析器、检测器等组成;下游应用领域广泛,伴随物理、化学、 光学、生命科学等各学科领域分析技术的加速创新,实验分析仪器目前已广泛应用于生命科学、医疗健康、新型材料 研究、新能源、航天和海洋探测、环境保护、食品安全等行业。

  分析仪器主要包括生命科学仪器、表面科学仪器、色谱仪、光谱仪和质谱仪等,分别占市场比例约为 26%、13%、 15% 、14%和 8%,其中色谱仪、光谱仪和质谱仪是市面上最常见的分析仪器。分析仪器作为专用设备,下游主要应 用于学术界、制药领域和生物技术等领域,分别占比 18%、16%和 13%。近年来伴随着机械、信息技术等基础行业的发展和物理、化学、光学、生命科学等学科的加速创新,实验分析仪器迎 来快速发展,2015 至 2020 年,全球实验室分析仪器市场规模保持稳定增长。数据显示,2020 年全球实验分析仪器 市场规模约为 638 亿美元,同比增长 4.63%。

  根据美国化学会(ACS)旗下的《Chemical&Engineering News》发布的 2018 年全球仪器公司榜单,TOP20 全部都 是海外企业。其中,美国赛默飞仪器板块销售额达 63.3 亿美元,排名第一;日本岛津公司排名第二,销售额 21.8 亿 美元,仅为第一名的 1/3。在前二十企业中美国有八家,日本五家,德国和瑞士各有 3 家,英国一家,中国没有一家 企业上榜。

  分析仪器国产替代情况。我国分析仪器产业规模约 650 亿,多数产品自美国进口。2019 年,中国分析仪器市场约占全球的 15%,也就是大约 650 亿元市场规模。但是我国多数分析仪器均来自进口。2016-2019 年我国分析仪器的进口率超过 80%,进口来源国 主要是美国、德国、日本、英国和瑞士。

  高端分析仪器国产化率极低。根据第一财经的采访数据,2016 至 2019 年间,我国采购的 200 万元以上的科学仪器 中,质谱仪、X 射线类仪器、光学色谱仪、光学显微镜等的国产设备比例不足 1.50%,其中,3 年间,没有采购一台 高端国产光学显微镜。

  国内分析仪器上市公司包括聚光科技、钢研纳克、天瑞仪器、莱伯泰科等,其中:聚光科技:公司已经形成了积累了质谱、光谱、色谱、生物、样品前处理、理化分析等二十余项新型技术平台, 成功研制并产业化了数十款技术先进、填补空白的实验室高端分析仪器。谱育科技是全国唯一拥有自主三重四极 杆的国产厂家,填补了三重四极杆串联质谱仪的国内空白。在 2021 年,EXPEC5231 气相色谱-三重四极杆质谱 联用仪、EXPEC5310 液相色谱-三重四极杆质谱联用仪、EXPEC7910 四极杆飞行时间串联质谱 ICP-MS、 TRACE8000 化学电离飞行时间质谱仪、Calibus 手持式激光诱导击穿光谱仪、EXPEC550 加压流体萃取仪、 EXPEC570 全自动固相萃取仪等几款实验室高端分析仪器推出并上市销售,快速切入细分行业市场,带动销售 业绩增长。

  汽车电控系统产品行业概况。汽车电控即汽车电子控制系统,基本由传感器、电子控制器(ECU)、驱动器和控制程序软件等部分组成,与车上的 机械系统配合使用,并利用电缆或无线电波互相传输讯息,进行的“机电整合”。在广义上分为发动机电控系统、制 动控制系统、舒适控制系统、多媒体系统等多种类别。本处主要介绍三种国产化程度不高,对外依赖较严重的电控系 统产品:电动汽车电控系统、电动助力转向系统、线控制动系统。

  电动汽车电控系统是电动汽车的总控制台,主要包含整车控制器、电机控制器和电池管理系统三个共性子系统,其通 过整车控制器的中枢控制功能,借助电机控制器与电池管理系统控制电池电机两大系统;电动助力转向系统(Electric Power Steering,简称 EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统,主要由扭矩传感器、车速传感器、 电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成;线控制动主要分为线控驻车制动(EPB)和线控行车制动,其 中线控行车制动包括电子液压制动系统(EHB)和电子机械制动系统(EMB)两类。

  随着新能源汽车行业的发展,电动汽车电控系统的行业规模迅速扩大,其市场规模由 2015 年的 56.8 亿元增长至 2021 年的 214 亿元,年复合增长率超过 25%,预计在 2025 年将达到 594 亿元。整车控制器市场规模达到 150 亿元,其 中应用于电动汽车 L2 级自动驾驶服务的第三档整车控制器 2021 年出货量达到 200 万个,市场规模达到 21.1 亿元。而电机控制器市场规模 13 亿元,电池管理系统市场规模达到 50 亿元。

  在电动助力转向系统领域,中国市场在过去几年变化较快。根据恒州博智最新调研显示,2021 年全球电动助力转向 系统(EPS)市场规模为 158.97 亿美元,其中中国市场规模达到了 44.3 亿美元。近年来中国 EPS 市场渗透率逐年 提升,2019 年约为 80%,略高于全球市场 78%的水平,但与日本、欧洲等汽车市场 90%左右的 EPS 渗透率还有 一定差距。在线 年我国线控驻车制动(EPB)市场规模为 150 亿人民币,预计在 2025 年将达到 220 亿人民 币,CAGR 约为 10%。而随着伯特利 EHB 产品与长城 EMB 产品在未来两年的逐渐量产,预计 2025 年线控行车制 动市场规模将达到 129 亿元,CAGR 达 87%。

  汽车电控系统产品国产替代情况。在电动汽车电控系统方面,现阶段我国电动汽车电控系统行业尚未形成清晰、稳定的市场竞争格局。本土企业目前主 要分为两类:一类是以比亚迪、北汽新能源为代表的新能源汽车主机厂,其借助自己整车及零部件制造上积累的丰富 经验,走上了电控系统的自主研发之路。其中比亚迪于 2020 年 3 月建立了子公司弗迪动力谋求汽车动力系统上的自 主突破,目前其电驱动系统研发已经进行到第四代,包含驱动电机、电机控制器在内的 EHS 电混系统已应用于 DM-i 系列车型中,实现了驱动电机、电机控制器、三合一电驱动系统的自供。

  电机控制器 2022 年第一季度市场份额达到 23.56%,稳居市场第一。一类是以上海电驱动、汇川技术为代表的第三方电控系统集成商,其中上海电驱动在 2022 年 4 月电驱动产品累计产量已经突破 100 万台,其电驱系统、驱动电机销量 2020 年均进入国内厂商前十。汇川技术 于 2018 年取得了国内主流乘用车企定点,其电驱系统 2020 年销量仅次于比亚迪排名第二位。未来发展前景良好。

  其中,整车控制器行业的集中度较高,中国市场 95%的份额被博世、大陆集团、安波福、弗吉亚、海拉等外国知名 企业占据,中国本土厂商如华为、德赛西威、经纬恒润、均胜电子等只占 5%左右。且其中核心车规 MCU 芯片被外国企业垄断,全球前十 MCU 芯片厂商只有微芯科技一家中国企业,且市场份额占比仅 3%。但随着 2020 年起全球陷 入 MCU 缺货危机,国产替代迎来了良好的切入机会。截至 2021 年 5 月,比亚迪半导体的车规级 MCU 量产装车突 破 1000 万颗,其产品已被长城、广汽等企业采用。

  在电机控制器领域,近年来,国内大力推进电机控制器国产化进程,电机控制器的核心——IGBT 模块已经逐步实现 进口替代,比亚迪、中车时代、斯达半导体生产的 IGBT 模块均已装车量产。其中斯达半导体车规级 IGBT 模块产品 性能已接近英飞凌产品性能水平,2020、2021 年全年分别配套 20、60 万辆新能源汽车。此外电流传感器、电容器 技术也有着飞跃式提升。电机控制器基本实现了整体国产化。2022 年第一季度国内电机控制器销量前十企业除去特 斯拉、日本电产、联合电子之外其他均为本土厂商。

  在电动助力转向系统(EPS)上,目前我国市场主要由外资及中外合资企业主导,2021 年我国 EPS 系统的 CR5 高达 75.58%,均为外资或中外合资企业,日本电产、德国博世为 EPS 行业绝对龙头。其中日本电产掌控了 EPS 电机市场近半数的市场份额,而德国博世则在 EPS 电控市场占据 40%的市场份额,二者牢牢掌控着 EPS 核心部件 市场。而在国内企业中,易力达引领国产 EPS 行业,其早在 2001 年便已研制成国内首台自主知识产权 EPS,目前 年产能达到 180 万套。此外,由中航集团实控的耐世特也拥有较强实力,其拥有完整的 EPS 产品矩阵,自主研发的 高可用 EPS 适用于 L2-L5 级自动驾驶汽车,已经为全球 Robo-Taxi 巨头 Waymo 与克莱勒合作的 L4 级无人驾 驶出租车进行配套,在自动驾驶领域拥有一席之地。

  在线控制动上,线控驻车制动(EPB)方面,大陆、采埃孚天合、爱德克斯等外企占据国内主要市场份额。2020 年三者份额分别为 28%/27%/14%。国内自主 EPB 厂商中,伯特利较早(2012 年)实现 EPB 系统的量产,市场份额较 高;亚太股份起步较晚,2016 年实现 EPB 量产,市场份额紧随其后。

  而在电子液压制动系统(EHB)方面,国内厂 商在 One-Box 产品上研发进度较快。其中伯特利已实现 One-Box 自主供应,第一款产品 WCBS 已于 2021 年 6 月初 正式量产;拿森电子的 One-Box 产品目前已与北汽新能源、比亚迪、长安、长城、百度等多家主流整车厂和自动驾 驶公司达成合作,配套开发项目达到 30 余项。在电子机械制动系统(EMB)上,目前国内厂商尚无大规模量产产品 出现,2021 年 4 月 21 日长城汽车旗下精工汽车发布了自主研发并计划于 2023 年实现量产的 EMB 制动系统,为目 前我国最接近量产的 EMB 的产品。

  航空发动机产业概况。航空发动机是飞机核心部件,约占飞机整机价值量的 20%-30%。航空发动机通常由压气机、燃烧室、涡轮、排气装 置等系统组成。航空发动机上游包括高端金属材料、动力控制系统和发动机零部件等。航空发动机用材主要包括高温 合金、钛合金、陶瓷基复合材料 CMC 和其它合金,航空发动机的零部件有盘轴、风扇轴、涡轮盘、轴、整体叶盘/ 叶轮、涡轮机匣和风扇匣等,航空发动机分系统包括控制系统、空气系统、机械系统、短舱系统等。

  全球军用航空发动机市场空间超 100 亿美元,商用航空发动机市场空间近 1400 亿美元。军用航空发动机方面,据国际市场咨询公司 Global Data 披露,2018 年全球用于军用航空发动机采购的金额达到 108 亿美元(不含维修服务费用)。未来十年,全球军用航空发动机的累计支出将达到 1,454 亿美金。不断增长的地缘政 治竞争以及发动机改装和更换计划将是军用航空发动机市场增长的主要驱动因素。民用航空发动机方面,根据中国商飞公司发布的《中国商飞公司市场预测年报(2021-2040)》预测,航空发动机市 场需求将保持长期持续增长趋势。未来 20 年,全球商用航空发动机总交付量预计将达到 80000 台以上,市场价值达 13000 亿美元以上。综合考虑新发动机交付和老旧发动机退役,预计到 2039 年,全球商用航空发动机的市场规模将 比目前翻一番,由 2019 年的约 5.4 台增长到 10 万台以上。

  全球军用航发格局:仅 5 大常任理事国中的少数企业具备研发生产能力,美国发展最为领先,诞生了如 GE、PW 等 世界航发巨头。目前具备三代主流航空发动机研制和生产能力的国家主要是美、俄、英、法、中五大常任理事国,乌 克兰接收前苏联军事工业遗产也具备一定的发动机研制生产能力,其航空发动机产品主要用于出口。根据《World Air Forces2021》统计数据计算,产自五大常任理事国的军用航空发动机数量占当前世界所有在装军用航发总数的 90% 以上。

  全球商用发动机格局:英美两国主导全球商用航发市场。商用航空发动机产业寡头垄断的格局更加明显,目前世界范 围内具有技术和商业优势的只有美、英两国,主导公司是美国通用电气(GE)、美国普惠(PW)、英国罗罗(R&R) 三家公司。根据《Commercial Engines 2021》统计,2020 年全球总共交付 1374 台民用航空发动机,美国 GE、PW、 英国 R&R、CFM(美国 GE/法国 SAFRAN 合资公司)四家公司占据 100%的市场份额,呈现出高度寡头垄断特征。

  航空发动机国产替代情况。军用航空发动机方面,经过近 70 年的发展,我国已建立了相对完整的航空发动机研制生产体系,具备了涡桨、涡喷、 涡扇、涡轴等多类发动机的系列研制生产能力。目前我国在役歼击机、强击机、轰炸机、歼击轰炸机等主战飞机已批 量使用国产涡扇发动机,仅有部分三代战机仍然装配的是进口发动机。运输机方面,运-7、运-8 等运输机使用的涡桨 发动机全部国产化,仅运-20 目前装备的仍是进口发动机。直升机方面,随着直-9、直-8、直-10 等整体技术的成熟, 我国已经在引进的基础上实现涡轴-8、涡轴-6、涡轴-16 发动机的系列化发展。目前我国现有发动机谱系已逐步成熟。目前,我国现役主力飞机:歼-10C、歼-11B、歼-16 和歼-20 等都已经换装了国产发动机,并且今年出口给巴基斯坦 的歼-10C 战机也采用了中国制造的涡扇-10B“太行”发动机。

  民用航空发动机方面,2016 年,中国航发商发被确认为 C919 国产发动机供应商;2017 年长江 1000A 核心机完成组 装;2018 年 5 月,第一次点火启动成功,核心转速达到设计要求,这是长江 1000A 研制第一个重大突破。目前,长 江系列发动机仍然在研究过程中。相较与成熟的西方航空发动机巨头,目前我国在民用航空涡扇发动机方面还处于空 白状态,差距明显,但随着中国航发商发以及 CJ1000A 的出现,我国将拥有挑战世界最大航空发动机市场,发展国 产大飞机及航空发动机产业的重要机遇。

  燃气轮机产业概况。燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转 叶轮式热力发动机,广泛应用于发电、船舰和机车动力、管道增压等能源、国防、交通领域。燃气轮机的产业链主要由上游原材料、中游零部件、下游整机制造组成。上游原材料主要包括高温合金、钛合金、复 合材料、铝合金等材料的生产制造,中游零部件环节再对材料进行铸造、锻造或其他工艺操作制成叶片、盘、轴等零 部件,再由下游整机制造企业对各零部件进行总装制成燃气轮机整机。

  按照输出功率来划分,燃气轮机可分为微型、 轻型和重型三类。其中微型和轻型燃气轮机可由航空发动机改制而成,功率通常在 50MW 以内,可用于工业发电、 船舶动力、管道增压、坦克机车、分布式发电及热电联供等场景;重型燃气轮机功率在 50MW 以上,主要用作陆地 上固定的发电机组,如城市电网。

  根据 Statista 统计数据,2020 年全球燃气轮机市场规模为 225.4 亿美元,同比增长 3.47%。从不同功率的燃气轮机 市场来看,根据 Release Wire 数据,2020 年全球燃气轮机中 1-40 兆瓦级燃气轮机和 120 兆瓦以上重型燃气轮机的 市场占比最大,说明这两种机型的需求程度最高,几乎均各占 39%。40-120 兆瓦的燃气轮机的市场份额占比最小, 占 22%。根据涡轮前温度和压比,重型燃气轮机通常可分为 E 级、F 级和 H 级。目前全球最先进的一代重型燃气轮机,分别是 美国通用电气研制的 H 级和日本三菱日立研制的 J 级。除此之外,市场主流的重型燃机是 E 级、F 级,全球也仅有少 数公司能生产这类高水平的燃气轮机。

  目前,全球燃气轮机市场主要被美国通用电气(GE)、德国西门子、日本三菱(MHPS)3 家企业垄断,3 家企业合计占 据全球燃气轮机约 90%的市场份额。尤其是美国 GE 公司占据约 50%的市场份额。值得注意的是,尽管美国 GE 在 过去几十年一直是燃气轮机制造领域的领导者,但 MHPS 的异军突起却严重冲击其市场地位。2020 年一季度,日本 三菱全球订单为 2638 兆瓦,同比增长 19.7%,在全球的市场份额达到 28.5%,按发电功率兆瓦计算,其市场份额排 名第一。

  燃气轮机国产替代情况。中国现已具备轻型燃机自主化能力,重型燃气轮机仍基本依赖进口。长期以来,重型燃气轮机设计、制造、试验等尖 端技术完全垄断于德国西门子(SIEMENS)、美国通用电气(GE)、日本三菱(MHI)等少数公司,目前国内重型燃 气轮机尚未完全掌握重型燃气轮机热端部件制造、维修以及控制等尖端技术,也并未形成系统全面的研发、设计、试 验与维保体系,与上述国际重型燃气轮机先进企业相比差距在 30 年以上。

  中国重型燃气轮机尚有许多关键核心技术 有待突破,燃气发电技术装备存在较大瓶颈,重型燃气轮机设计、制造、调试、运维等多领域均存在被“卡脖子”的 风险。分机型来看,目前中国重型燃气轮机主力机型为引进并国产化制造的 F 级和 E 级燃气轮机,但 E 级/F 级燃气 轮机关键核心技术仍被美国通用电气、德国西门子和日本三菱日立公司所垄断。目前中国国内尚无建成并投入运营的 H/J 级燃气轮机项目,2019 年上海电气和安萨尔多合建的 H 级重型燃气轮机应是中国首台 H 级重型燃气轮机。

  零部件国产化率大幅提高,但价值有待提高。2001-2007 年 6 年间,中国由哈气-美国通用、东气-三菱重工、上气西门子、南气-美国通用等 4 个联合体引进了 E 级和 F 级重型燃气轮机 60 余套共 2000 万千瓦。通过这一过程,国内 四大重型燃气轮机制造企业掌握了 E 级和 F 级重型燃气轮机的冷端部件制造和整机组装技术,但是核心的设计和热 端部件制造技术仍然为外方所垄断,不得不主要依赖进口。

  直到 2019 年,中国才完成了 F 级 300MW 燃机第一级动 叶、静叶和燃烧室的制造,东方电气集团首台 F 级 50MW 重型燃气轮机原型机整机点火试验成功,才表明中国突破 了一系列“卡脖子”关键核心技术,初步获得了重型燃机高温部件制造技术能力,初步具备了自主研制 E 级/F 级重 型燃机的全过程能力。从重型燃气轮机关键核心部件国产化进展来看,以市场主流的 F 级重型燃气轮机为例,目前 中国重型燃气轮机生产与制造技术国产化率大幅提高,中国燃气轮机零部件数量国产化率可达到 80%-90%,但燃气 轮机零部件价值的国产化比重还不到 70%。

  混氢燃气轮机异军突起。随着“碳中和”目标的提出,目前全世界的燃气轮机厂商,如 GE、西门子、三菱日立等企 业都将目光投向了富氢燃料燃烧技术,并开展了大量的研究与验证工作。而我国氢燃烧技术有一定的产业基础,与国 外的技术水平相差不大。目前混氢浓度达到 60%的燃氢轮机的国产化率已达到 100%,其零部件都是基于国内的供应 链,完全拥有自主知识产权。

  国产大飞机产业概况 “大飞机”并非专业术语,也不是国际通用称谓。从 2003 年国家科技部受国务院委托组建“大飞机项目论证组”后, 该词在国内被普遍使用。大飞机一般定义为:起飞重量超过 100 吨的运输类飞机,包括拥有 150 座以上的民用客机 和一次航程达到 3000 公里的军用飞机。我们通常所说的大飞机,主要指民航大飞机,也就是民用领域的干线客机, 分为单通道的窄体客机和双通道的宽体客机两种。

  大飞机机体、发动机和机载系统是飞机三大组成部分。大飞机可分为飞机机身、起落架、发动机、机电系统、航电系 统、内饰等。机身包括前机身、中机身、后机身、机翼、尾翼,约占大飞机整体造价的 30%;发动机及动力系统约占 25%;机电系统包括电源、燃油、液压、第二动力、机轮刹车、环境控制和生命保障系统,约占 15%-20%;航电系 统包括通信系统、导航系统、飞行管理系统、综合显示系统、核心处理系统、机载维护系统等,约占飞机 15%-20%;此外还有约 5%的起落架和 4%内饰。大型客机的产业链长度长、复杂度高,将制造环节进行价值拆分之后可以发现, 机体制造、发动机、机载设备分别占比 30%-35%、20%-25%、25%-30%,其余系统如内饰等占比 10%-15%。

  据 2021 年 9 月中国商飞发布的《中国商飞公司市场预测年报(2021-2040)》,2023 年全球航空市场将恢复至疫情前 状态,未来 20 年全球旅客周转量(RPKs)将以每年 3.9%的速度增长,在 2040 年达到 19.1 万亿客公里。年报指出, 基于全球经济到 2040 年保持年均约 2.6%的增长速度,预计未来二十年全球将有超过 41,429 架新机交付,价值约 6.1 万亿美元(以 2020 年目录价格为基础),用于替代和支持机队的发展。到 2040 年,预计全球客机机队规模将达到45,397 架。

  呈双寡头垄断,波音和空客占据 90%左右市场。目前,全球大飞机的典型代表有空中客车公司的 A300、A330、A350、 A380 和波音公司的 B747、B777、B787,全球大飞机市场基本被空客和波音两家企业垄断。根据《福布斯》2019 年 2 月的报道,截至当年,波音和空客的全球市场份额分别是 43%和 45%。

  分机型来看,干线客机的大飞机可分为 窄体和宽体两种,窄体客机主要用于中短途飞行,主要机型为 A-320 系列(空客)和 B-737 系列(波音);宽体客机的技 术含量更高、研发难度更大、利润更高,主要为 A-330 系列(空客)、B-787 系列(波音)。根据《World Air liner Census 2018》的数据,窄体客机领域双寡头占据存量市场总数量的 67.6%,价值量上约占 85.5%,空客总价值量 43.5%, 波音总价值量 42%,竞争相对激烈;宽体客机领域,仅有波音和空客两家有能力生产,存量价值量上波音占据了 63%, 空客占据了 37%的份额。

  国产大飞机国产替代情况。国内大飞机市场规模发展迅速。据 2021 年 9 月中国商飞发布的《中国商飞公司市场预测年报(2021-2040)》,未来 二十年,中国航空市场将接收 50 座级以上客机 9084 架,价值约 1.4 万亿美元。其中,50 座级以上涡扇支线 座级以上单通道喷气客机 6295 架,250 座级以上双通道喷气客机 1836 架。到 2040 年,中国的机队规模将 达到 9957 架,占全球客机机队比例 22%,成为全球最大单一航空市场。

  从运十到 ARJ21 到 C919,加速产业链国产替代。1980 年,运十诞生,完成了国产大飞机从 0 到 1 的突破。然而 1985 年 4 月,麦道公司与上海航空工业公司签订 25 架 MD-82 总装合同,而制造成本更高的运十第三架组装被搁置。“十 五”期间,支线 大高技术工程,具有自主知识产权的 50-70 座级支线飞机,成为主攻方向——ARJ21 项目开启。

  2008 年,ARJ21 首飞前夕,面对已经看见希望的商业运营,中航工将民机业务的主体剥离出来,单独成 立中国商飞。同年,中国商飞接手 ARJ21 项目,开始推进后续的试飞、适航取证及市场开拓工作。2017 年,试验飞 机 C919 首飞成功,2022 年 5 月 14 日,由我国自主研发的生产型民营大飞机 C919 首飞成功,标志着我国成为全球 第四个拥有自主制造大型干线客机能力的国家。大飞机制造的规模化和标准化也推动航空制造产业链上下游的发展, 催生产业集群效应。

  机身制造具备完全自主知识产权,发动机和航电系统有待发展。C919 的整机制造,完全有自主知识产权的,由中国 商飞设计,再由西飞、成飞、沈飞民机和洪都航空等国内企业一起制造。零部件中成本占比达 22%的发动机系统, C919 的发动机由 CFM 提供的,CFM 是美国通用电气与法国赛峰集团各按 50%的资金比例成立的公司。至于占 17% 比例的航电系统,C919 的航电系统是由昂际航电公司提供的,昂际航电由美国 GE 公司和中航工业集团平股合资组 建。另外其它 7 个部分组件,也大多也是中外合资企业提供的技术或产品,按照机构的成本分析,C919 的国产化比 率达到近 60%左右。

  芯片制造的主供应链分为“设计-制造-封装”三个环节,辅产业链还包括用于芯片设计的 EDA 软件与 IP 核,半导体 设备与半导体材料。其中,制造、设计、设备环节附加值较高,美、韩、日、中国台湾、欧洲、中国大陆是全球半导 体供应链的主要参与方。

  芯片制造主要分为代工厂模式和 IDM 模式,主要由中国台湾、韩国、欧美企业主导。其中,全球主要的代工厂包括 台积电、三星、环球晶圆、中芯国际、联华电子等,主要的 IDM 企业包括英特尔、瑞萨电子、意法半导体、微芯科 技、恩智浦等。我国的芯片代工企业以中芯国际与华虹半导体为首,占全球 15%产能,主要分布在成熟制程领域。芯片封测环节的产能主要分布在中国台湾、美国、中国大陆、韩国。其中,外包的专业封测公司包括日月光、安靠、 长电科技、Powertech、通富微电、华天科技、UTAC 等。IDM 或者代工厂企业主要包括英特尔、三星、SK 海力士、 美光科技、台积电。半导体设备用于硅晶圆制造、芯片制造、封测及光掩模制造等各个环节。设备由美国、日本、荷兰主导市场,我国自 给率较低,设备是我国半导体卡脖子核心。

  半导体材料可分为晶圆、电子气体、光掩模、光刻胶、抛光材料、溅射靶材、湿电子化学品。其中,晶圆、电子特气 的价值较高。日本、美国、德国是全球半导体材料的主要供应商,在晶圆、光掩模材料上日本占到了全球产值的 50% 以上。EDA 软件用于半导体设计,美国主导了全球 EDA 市场,核心公司为新思科技、铿腾电子、Siemens EDA(2016 年 收购 Mentor Graphic)。IP 核辅助芯片设计,是一些芯片中具有独立功能的电路模块的成熟设计,核心公司为 ARM、新思科技、铿腾电子、 SST 公司。

  芯片产业链国产化进程。在芯片制造领域,我国国产化水平逐渐提高,已具备 14nm 级芯片量产能力,但良率有待提高。从企业角度看,中 芯国际利用现有 DUV 设备开发的“N+1”、“N+2”两种工艺已经在 14 纳米制程上有了全方位的进步,距离 7 纳米工 艺标准仅一步之遥。存储芯片制造方面,紫光国微 DRAM 芯片厂已经落地,合肥长鑫也在中高端 DRAM 芯片制造技术上持续研发,已经 突破 19 纳米制程,基本能够进行中端 DRAM 芯片的制造。

  半导体设备领域,国产设备在清洗,刻蚀,薄膜沉积等领域均取得了一定突破,光刻设备被严重卡脖子。清洗领域国 内已具备生产 8-12 英寸高阶单片湿法清洗设备和槽式湿法清洗设备的相关技术。国产设备在国内晶圆厂市占率达 20%,且积极开拓海外市场,已获得韩国海力士等国际领先企业订单。刻蚀设备上,国产 12 英寸高端刻蚀设备已运 用在国际知名客户 65nm 到 5nm 等先进的芯片生产线nm 刻蚀设备也在积极开发过程中。薄膜沉 积设备方面,在一些新兴特殊工艺赛道,由于起步时间接近,国产设备与国际公司技术差距较小。在光刻领域,荷兰 ASML 垄断全球高端光刻机供应,由于技术壁垒非常高,国内公司仍需不断积累。

  半导体材料领域,我国的大尺寸硅片、光刻胶、电子特气、湿电子化学品等国产化替代持续加速。大尺度硅晶圆上, 目前沪硅产业的 300mm(12 英寸)硅片已经通过了客户认证,实现了面向 14nm 工艺节点应用的 300mm 半导体硅 片的批量供应,目前公司有 30 万片/月的 12 寸半导体硅片产能。中环股份 4-12 英寸半导体硅片全部实现规模化量产, 在 12 英寸各门类产品上也均拥有自主技术方案。光刻胶领域,在中国光刻胶产业链上半导体光刻胶的占比仅有 2%, 企业中南大光电的技术相对领先,已建成 25 吨生产线 ArF 光刻胶生产线nm 集成电路 制造的要求。

  电子特气领域,上百种电子特气品种之中,我国在六氟化硫、六氟乙烷等气体上已经基本实现自给。其 中六氟化硫国内产能超过全球 50%,六氟乙烷自给率超过 60%。并在三氟化氮、超纯氨、锗烷等多个品种上已经取 得较大的技术突破,其中三氟化氮国内产能已接近三分之一与国内市场需求达成基本匹配。湿电子化学品领域,国内 企业距世界整体水平还有一定距离,但近年来在个别领域已接近国际领先水平,半导体行业国产化率接近 30%。部分 企业双氧水、氨水技术突破国际 G5 等级;超大规模集成电路用超净高纯氨水等技术更是突破了国外技术垄断。

  射频芯片产业链全球竞争格局。射频芯片是能够将射频信号和数字信号进行转化的芯片,决定了移动终端可以支持的通信模式、接收信号强度、通话 稳定性、发射功率等重要性能指标,直接影响终端用户体验。除通信系统以外,手持设备中的无线连接系统(WiFi、 GPS、Bluetooth、FM 和 NFC 等)对射频前端芯片也有较强的需求。民用射频芯片下游主要为移动终端(手机为 主)、通信基站,其中手机是主要的下游市场。根据 QY Research 的数据显示,2019 年全球射频前端市场规模为 169.57 亿美元,2011 年至 2019 年年增长率均在 10%以上。Yole 则预计,射频前端市场有望在 2019 年至 2025 年间实现 CAGR 为 11%的增长,至 2025 年达到约 254 亿美元市场规模。

  从组成来讲,一个射频芯片包括 RF 收发机、功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、滤波器、射频开关(Switch)、 天线调谐开关(Tuner)等组成部分。根据 QYR Electronic Research Center 数据,在射频前端芯片中,滤波器、功 率放大器(PA)、射频开关、低噪声放大器(LNA)等 2020 年的全球市场份额分别为 59.01%、18.68%、11.23% 和 8.78%。

  射频芯片国产替代情况。射频开关与 LNA 领域国内厂商涉足较早,技术水平较为先进。早在 2010 年,卓胜微便转型进入射频开关与 LNA 赛 道。2014 年,卓胜微量产第一款射频开关,全年销量超过一亿颗。与小米、OPPO、vivo 和华为等移动终端产品大 厂均建立了牢固的合作关系。卓胜微是全球率先采用 12 寸 65nm RF SOI 工艺晶圆生产高性能天线调谐开关芯片的 企业之一,也是国内企业中领先推出适用于 5G 通信制式 sub-6GHz 高频产品及射频模组产品的企业之一。2020 年,卓胜微成功在全球 LNA 与开关市场中抢占了 8%的市场份额。

  射频 PA 国产替代加速。经过多年的发展,国内拥有昂瑞微、华为海思、紫光展锐、卓胜微、唯捷创芯等 20 多家射 频 PA 器件供应商。国内品牌手机公司中,射频 PA 国产率最高的达到 73%,最低的为 25%。而国内 ODM 手机公司 射频 PA 国产化率平均达 80%以上。2020 年 3 月,搭载慧智微 5G PA 模组的首批 OPPO K7x 手机终端批量生产, 首次采用国产 5G 射频前端集成收发模组,而在 2021 年,唯捷创芯和慧智微又同时推出应用于 5G UHB 单频方案的 n77/78 收发模组芯片,这款产品是 5G 手机的通用射频模组,应用面很广,覆盖高中低端 5G 手机。

  滤波器成为国频芯片的最后一块拼图,当前已经有所突破。中国 SAW 厂商有麦捷科技、德清华莹、好达电子等,其中麦捷科技与中电 26 所共同生产的 SAW 产品已进入华为、TCL、闻泰等企业;好达电子的 SAW 产品已进入中兴、 魅族等手机厂商供应链。2021 年,麦捷科技与成功流片 FullB41BAW 滤波器的华芯无线科技达成合作,成立“麦捷 瑞芯技术有限公司”,从事 BAW 滤波器的研发与生产。

  存储器产业概况及全球竞争格局。半导体存储器是以半导体电路作为存储媒介、用于保存二进制数据的记忆设备,是市面上的主流存储器,被广泛应用 于各类电子产品中。据 WSTS 统计数据显示,2020 年全球存储器市场规模达 1174.82 亿美元,在半导体中的占比 达 26.68%。在存储器行业中,DRAM 和 Flash 为最主要的产品类型,其营收占存储器总营收的 95%。

  DRAM 为动态随机存取存储器,是存储器细分产品中的营收占比最大的产品,可分为主流 DRAM 与利基型 DRAM。, 根据闪存市场(CHINA FLASH MARKET,CMF)预测,2021 年全球 DRAM 市场规模约 945 亿美元,在存储行业 的营收占比将达 56%。从市场的角度划分,DRAM 可以分为主流 DRAM 和利基型 DRAM,两者的区别在于,主流 DRAM 是市场的主流规格,生产标准化较强。利基型 DRAM 多数是从主流规格退役的 DRAM 产品,相对较为低端, 占全部内存份额约为 10%左右,根据 Trendforce 统计,2021 年全球利基型 DRAM 市场(消费、工控等)规模约 90 亿美元。从需求端来看,主流 DRAM 主要用于 PC、手机、服务器、游戏机等,利基型 DRAM 主要用于液晶电视、 数字机顶盒、播放机、安防等消费型电子相关产品。

  主流 DRAM 市场高度集中,主要由三星、美光、海力士主导,三者市场份额占全部市场份额的 94%,其中三星以 42% 的占比处于行业第一的位置,海力士、美光以 29%、23%的市场份额紧随其后。Flash 为只读存储器,NAND Flash 是主流产品,主要用于手机、PC、服务器等领域。Flash 储存器可分为 NAND Flash 与 NOR Flash。其中 NAND 因其存储容量更高、单位成本更低和写入速度更快,存储数据时更具优势,从而成为闪 存市场的主流,被广泛用于手机、PC、服务器等领域,2020 年三大市场占 NAND 的消费比例分别为 37%、28%、 19%。NOR 则因为有着片上代码运行的功能而更多应用于小运算应用场景中。据 Yole 统计数据显示,2019 年全球 NAND 市场规模为 440 亿美元,至 2025 年则有望达到 820 亿美元,年复合增速近 11%。

  存储器国产替代情况。总体来看,中国已初步完成在存储芯片领域的战略布局,但由于中国起步晚,且受到技术封锁,市场份额较少,距离 全面国产替代还有较大的发展空间。

  我国储存器国产替代面临较为严重的专利技术封锁。国内存储器行业龙头兆易创新在 2021 年公司年报中披露“公司 已获得 834 项授权专利,其中包含 787 项中国专利、30 项美国专利、9 项欧洲国家专利。”而根据最新的美国商业专 利数据库(IFI Claims)报告,三星电子的专利数量是 7.66 万件(也包含代工、面板、手机等其他诸多专利),SK 海 力士是 7934 件,美光是 7488 件。专利的差距使得国内厂商极容易陷入无休止的“专利战”诉讼之中。早在 2018 年,美国存储器龙头美光以知识产权被窃为由,在美国加州起诉国内存储器巨头福建晋华与其合作方台联电,在 2018 年 10 月份,美国商务部将福建晋华列入无法从美国公司购买元件、软件和技术产品的实体名单。

  模拟芯片产业概况及全球竞争格局 模拟芯片指由电容、电阻、晶体管等组成的模拟电路集成在一起用来处理模拟信号的集成电路,具有将模拟信号转变 为数字信号的功能。根据功能划分,模拟芯片可分为电源管理芯片、信号链芯片、射频芯片,2021 年全球模拟芯片市场规模将达到 728 亿美元,同比增长 31%。2020 年,全球电源管理芯片市场规模约 300 亿美元,射频芯片市场规模约 150 亿美元,信 号链芯片的市场规模约为 100 亿美元。我们前面已经对射频芯片做了详细分析,本小节主要分析电源管理芯片与信号 链芯片。

  电源管理芯片是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片,广泛应用于网络 通信、安防监控、智能电力、消费电子、智慧照明、工业控制、医疗仪器、汽车电子等领域中。由于不同的电子设备 应用场景所需的电源管理方案各有不同,电源管理芯片具有很多细分种类,如 AC/DC(交流/直流)转换器、DC/DC 转换器、LDO(低压差线性稳压器)、LED 驱动器、马达驱动器、电源监控器、过流保护、过压保护等。电源管理芯 片在全球市场集中度相对分散,主要生产商为德州仪器、亚德诺、英飞凌、罗姆、微芯、日立等,市场份额分别为 17%、12%、10%、8%、7%、7%。

  模拟芯片国产替代情况。我国是全球最主要的模拟芯片市场,目前自给率约为 12%。根据 Frost&Sullivan 数据,我国 2021 年模拟芯片市场 规模约为 2731.4 亿元,市场规模约占全球的 36%。在国内电源管理芯片市场,欧美企业甚至占据了约 80%的市场 份额,以德州仪器、高通、ADI、美信、英飞凌五家企业为代表,目前全球电源管理芯片的企业集中度高。我国模拟 芯片自给率处于较低水平,根据中国半导体行业协会的数据,近年来我国模拟芯片自给率由 2017 年的 6%提升至 2020 年的 12%。

  逻辑芯片产业概况。逻辑芯片按照分类主要包括 CPU、GPU 等通用处理器及诸如 FPGA 等专用性较强的逻辑芯片。逻辑芯片在全世界范 围内都有广阔的需求,2019 年占整个半导体行业的市场份额超过 1/4,占集成电路全部市场份额近 1/3。根据 Yole 的数据,2021 年,全球处理器市场规模为 1500 亿美元,其中 CPU 占据主要市场份额。市场格局来看,英 特尔占据主要市场份额,其次,英伟达、高通份额较高,AMD、联发科、赛灵思、苹果也是全球主要的处理器厂商。

  基于指令集的不同,CPU 行业主要由两大体系主导,英特尔、AMD、ARM 是主要厂商。CPU(中央处理器)是计 算机的运算和控制核心,是对计算机的所有硬件资源(如存储器、输入输出单元)进行控制调配、执行通用运算的核 心硬件单元;同时,计算机系统中所有软件层的操作,最终都将通过指令系统映射为 CPU 的操作。

  其内部的指令集 是 CPU 中计算和控制计算机系统所有指令的集合,目前 CPU 行业由两大生态体系主导:一是基于 X86 指令系统和 Windows 操作系统的 Wintel 体系,主要用于服务器与电脑等;二是基于 ARM 指令系统和 Android 操作系统的 AA 体 系,主要用于移动设备。围绕 CPU 芯片和操作系统两个基点,CPU 行业内存在 Wintel 体系和 AA 体系的两种模式:

  1)在 Wintel 体系中,CPU 厂商生产芯片,操作系统厂商提供操作系统;

  2)在 AA 体系中,CPU 厂商对芯片或 系统厂商进行指令系统或 IP 核授权,操作系统厂商提供基础版操作系统,由整机厂商定制专用芯片和发行版操作系 统。

  全球 CPU 市场高度集中。X86 CPU 方面,全球主要厂商为英特尔与 AMD,2021 年 Q4,英特尔 CPU 市场占有率为 74.4%,AMD 的市场占有率为 25.6%。近年来,AMD 的市场份额呈现上升趋势。手机处理器芯片方面,全球主要的 生产商是高通、联发科、苹果,截止 2021 年 Q4,联发科市场份额为 33%,高通市场份额为 30%,苹果市场份额为 21%,此外,我国的紫光展锐占比 11%,三星占比 4%,华为海思占比 1%。

  逻辑芯片国产替代情况。CPU:服务器端市场份额不足 5%,消费端则更低。CPU 领域,根据 IDC 数据,2020 年中国服务器出货量为 350 万台,同比增长 9.80%。近两年采用国产 CPU 的 桌面和服务器产品发展迅速,但市场份额仍不足 5%。龙芯、鲲鹏、飞腾、海光、兆芯、申威是我国六大国产 CPU 芯片厂商,其中:海光信息:公司通过与 AMD 合作,获得了 x86 处理器设计核心技术授权,进入到 x86 处理器设计领域。公司的产品 包括海光通用处理器(CPU)和海光协处理器(DCU)。

  海光 CPU 主要应用于服务器和工作站,分为 7000、5000、 3000 三个系列,分别面向高、中、低端算力需求,公司目前在售的海光 CPU 产品主要为海光 7200、海光 5200 和 海光 3200 系列产品,2021 年出货量分别达到 17 万片、2.9 万片、36 万片。自 2018 年来,浪潮、联想、新华三、 同方等多家国内知名服务器厂商的产品已经搭载了海光 CPU 芯片,并成功应用到工商银行、中国银行等金融领域客 户,中国石油、中国石化等能源化工领域客户,并在电信运营商的数据中心类业务中得到了广泛使用。2020 年公司

  龙芯中科:采用自主 LoongISA 指令系统,兼容 MIPS 指令,所有 IP 模块都是自主设计。龙芯中科研制的芯片包括 龙芯 1 号、龙芯 2 号、龙芯 3 号三大系列处理器芯片及桥片等配套芯片,其中龙芯 1 号系列、龙芯 2 号系列主 要面向工控类应用;龙芯 3 号系列主要面向信息化应用。2020 年底流片成功的龙芯 3A5000 使用 12/14nm 工艺 节点,主频最高为 2.5GHz,集成双通道 DDR4-3200 和 HT3.0 接口,单核 SPEC CPU 2006 Base 定浮点分值均 超过 26 分,逼近开放市场主流产品水平,与世界巨头有 3 年左右差距。然而,龙芯处理器软件生态完备程度和整 体成熟度偏低,应用软件的总体数目与成熟生态差别显著,目前在 Wintel 体系和 AA 体系中的大量应用软件尚不能在 龙芯平台上运行。因此,目前军政及企事业单位是中科龙芯主要发力点。

  华为鲲鹏:鲲鹏 CPU 基于 ARMV8 架构的永久授权,处理器核、微架构和芯片均由华为自主研发设计,主要面向服 务器市场。华为鲲鹏主要有两个 CPU 产品,分别为鲲鹏 916 与鲲鹏 920,其中鲲鹏 920 是业界首款 7nm 数据中心 ARM 处理器,是华为在 2019 年 1 月发布的产品,可以与英特尔旗舰产品媲美。然而,由于华为受到美国制裁,无 法生产先进制程的芯片,目前鲲鹏生态面临一定挑战。天津飞腾:专注于 ARM 芯片研发,是中国最早获得 ARMv8 指令集架构授权的芯片设计厂商之一。目前主要包括高 性能服务器 CPU(飞腾腾云 S 系列)、高效能桌面 CPU(飞腾腾锐 D 系列)、高端嵌入式 CPU(飞腾腾珑 E 系列) 和飞腾套片四大系列。其最新设计的飞腾腾云 S2500CPU 芯片合作伙伴数量超过 1000 家、累计研制了 6 大类 900 余种整机产品,已经适配和正在适配的软件和外设超过 2400 种,商用前景较好。

  在 GPU 领域,我国企业大多数仍处于概念推出阶段,产品推出较少且大多数仍未进入民用市场。我国 GPU 行业规 模位列世界前列,2021 年达到 63 亿美元。但国内企业市场占有率极低。其中,景嘉微在 2014 年完成的首款 65nm 工艺制程的 GPU 流片,是国内首款具有完全自主知识产权的高可靠图形处理芯片,并在 2015 年成功研制 GPU 芯 片 JM5400,逐步应用于公司军用显控产品中;2018 年公司第二代 GPU 芯片 JM7200 成功流片并切入民用和信 创市场;2021 年 9 月公司新一代 JM9 系列芯片成功流片并于 11 月完成性能测试。此外 2020 年底,天数智芯实 现了 7nm 工艺的 GPGPU 云端训练芯片“点亮”,其公布的算力达到 147TFlops,是目前市占率最高的 Nvidia N100 芯片同等精度下算力的近两倍。中船重工也在 2018 年推出 GP101 芯片,实现了我国通用 3D 显卡零的突破,支持 X86 架构和多款国产 CPU。

  据统计,中国 FPGA 市场从 2016 年的约 65.5 亿元增长至 2020 年的 150.3 亿元,年均复合增长率约为 23.1%。国内 主要的 FPGA 企业为安路科技、复旦微电子、成都华微、紫光同创等。其中,安路科技的 TangDynasty 是国内少数 全流程自主开发的 FPGA 专用软件,并积累了一批成熟的图像处理和逻辑接口 IP,大幅提升了用户的应用开发效率。目前,该公司的 28nm 制程 FPGA 已经量产,是国内首批具有 28nm FPGA 芯片设计和量产能力的企业,且已开展 FinFET 工艺产品预研工作。复旦微电子在 2018 年推出了采用 28nm 制程工艺的亿门级 FPGA 产品,其 SerDes 传 输速率最高达 13.1Gbps,已向国内数百家客户发货。紫光同创的 Titan 系列(40nm)、Logos 系列(40nm)均实现 了量产与商业化,采用 28nm 制程的千万门级(4000 万)FPGA 量产工作也在推进过程当中。

  MLCC产业概况。电容器是用于储存电量和电能的被动电子元器件,电容器产品主要可分为陶瓷电容器、铝电解电容器、钽电解电容器 和薄膜电容器等。从近年来全球各类电容器市场份额看,在前述四类主要电容器中陶瓷电容器约占一半。陶瓷电容器 可分为多层瓷介电容器(MLCC)和单层瓷介电容器